張 健，李孝良，2* ，孔衛(wèi)晨，龔馨旭，程勛東，查海涅

(1.安徽科技學院資源與環(huán)境學院，安徽 鳳陽 233100;2.農(nóng)業(yè)部生物有機肥創(chuàng)制重點實驗室，安徽 蚌埠 233400;3.安徽科技學院 生命科學學院，安徽 鳳陽 233100）

隨著居民生活水平的不斷提高以及消費結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，蔬菜消費需求逐步增加，對蔬菜的種類及質(zhì)量等也提出了更高的要求。近年來，為了彌補蔬菜的季節(jié)性不足，滿足人們對蔬菜的多元化需求，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用于蔬菜生產(chǎn)領(lǐng)域，提高設施蔬菜的栽培和管理效率，對蔬菜生產(chǎn)和發(fā)展方式的轉(zhuǎn)型升級具有重要的意義，智能溫室已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要形態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)是近幾年迅速發(fā)展并為人們所熟知的概念，是世界信息產(chǎn)業(yè)革命的新一次浪潮[1]。用戶可以通過手機或者計算機隨時接受各種實時采集的精確傳感器數(shù)據(jù)，還可以通過遠程遙控溫室內(nèi)視頻傳感器，觀察溫室全面情況，便于作物的精確施肥和管理，從而被人們普遍認可。智能溫室水培是用營養(yǎng)液或者固體基質(zhì)加營養(yǎng)液栽培作物的方法[2－4]。智能溫室水培作為無土栽培的形式之一，因其具有較深的營養(yǎng)液層，各養(yǎng)分、總鹽分、酸堿度以及溫度等都不易發(fā)生劇烈的變化，從而為作物根系創(chuàng)造了一個較為穩(wěn)定適宜的生長環(huán)境，有利于作物更好的吸收養(yǎng)分，不易發(fā)生病蟲害，管理方面較為簡單，可集約化大批量生產(chǎn)，同時產(chǎn)量和品質(zhì)也相對較好，被人們所接受。近年我國水培面積發(fā)展迅速，已超過200hm2[5]。中國農(nóng)業(yè)大學、南京農(nóng)業(yè)大學、浙江省農(nóng)科院等對營養(yǎng)液的配方、氮/鉀比例、氮素形態(tài)、營養(yǎng)液性質(zhì)調(diào)控和病蟲害的防治等方面都進行了大量的研究，使的水培作物產(chǎn)量和品質(zhì)都取得了一定的成果[6－7]。目前智能溫室水培研究偏重于對營養(yǎng)液的合理施用，智能溫室水培營養(yǎng)液動態(tài)變化和調(diào)控管理方面相關(guān)研究相對較少。本研究擬通過配施不同配方營養(yǎng)液，觀測智能溫室水培條件下番茄結(jié)果期營養(yǎng)液養(yǎng)分及性質(zhì)的動態(tài)變化規(guī)律，以期為智能溫室水培番茄營養(yǎng)液的合理配施及調(diào)控提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

實驗于2014年7月～11月，在安徽科技學院資源與環(huán)境學院物聯(lián)網(wǎng)智能溫室中進行。

1.2 試驗材料

試驗番茄品種為使用華農(nóng)紅櫻桃。常規(guī)方法浸種催芽后，播于6×12穴盤中，以珍珠巖為基質(zhì)。子葉展平后，用營養(yǎng)液進行澆灌，待幼苗長至兩葉一心時，選取生長一致的健壯幼苗移栽定植。

1.3 試驗方案設計

采用單因素試驗方案設計，試驗在日本園試配方基礎(chǔ)上，設置三個不同的氮水平(低氮、中氮、高氮)，6次重復。其他營養(yǎng)元素含量保持一致，同園試配方[8]。各試驗處理氮含量見表1。

表1 供試處理營養(yǎng)液氮素含量Table 1 The N contents of nutrient solution of the tested treatments

1.4 試驗方法設計

試驗于2014年7月在安徽科技學院種植示范園智能溫室進行。試驗培養(yǎng)采用長度4m，截面積10×15cm的PVC管(貯液體積為60L)，營養(yǎng)液更換采用智能溫室施肥機(江蘇大學農(nóng)業(yè)工程研究院研制)，通過施肥機調(diào)控營養(yǎng)液pH、EC值、養(yǎng)分濃度和比例。試驗每水培管定植番茄10株，株距40cm。在番茄結(jié)果期(9月14日至28日)，調(diào)整營養(yǎng)液EC值為2.0ms/cm，pH6.5，從營養(yǎng)液加入開始計時，每天取樣20mL，測定營養(yǎng)液中N、P、K含量及pH值、EC值。營養(yǎng)液每天用充氣泵增氧2次，每次10min。試驗于9月15日，增氧后連續(xù)24h取樣測定其溶解氧含量(中間不增氧)。

1.5 分析測定方法

營養(yǎng)液pH值的測定:電位法[9](儀表型號:pH transmitter 8205，電極探頭型號:LEI);營養(yǎng)液EC值的測定:電導法[9](型號:EC305);營養(yǎng)液 DO值的測定:碘量法[10](主要試劑:分析純硫酸錳、分析純碘化鉀、可溶性淀粉、分析純硫代硫酸鈉);營養(yǎng)液中N、P、K的測定:戴安離子色譜IC1000分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理營養(yǎng)液pH值的變化

營養(yǎng)液的酸堿度是影響植物生長發(fā)育的重要因素之一，酸堿度的高低對植物吸收養(yǎng)分的有效性會產(chǎn)生一定差異，過高過低均會降低甚至阻礙植物的生長。不同氮水平智能溫室營養(yǎng)液pH分析表明(圖1)，在番茄結(jié)果期，初始pH6.5情況下，隨時間推移，營養(yǎng)液pH呈上升趨勢，在初始幾天上升較為迅速，之后上升趨勢逐漸變緩。不同氮水平水培營養(yǎng)液pH值上升幅度不同，以高氮配方增加最多，pH值一周上升1.16，其次為低氮配方，pH值一周上升1.05，中氮配方最低，pH值上升0.98。不同的植物對其生長的根際環(huán)境pH都有相應的要求和合適的范圍，番茄生長適宜的pH值為5.5～7.0，但由于生長過程中對養(yǎng)分吸收的不平衡以及根系代謝等的影響，本試驗中營養(yǎng)液pH表現(xiàn)出明顯升高趨勢，超出其適宜pH值。一般番茄營養(yǎng)液pH值超過8.0，就會破壞營養(yǎng)成分的平衡，引起鐵、錳、硼、磷沉淀，造成番茄缺素癥，因此維持較為穩(wěn)定的營養(yǎng)液pH對提高番茄營養(yǎng)水平和生長是十分重要的。本研究中，中氮配方營養(yǎng)液pH變化相對較緩，在供試配方中較適宜于溫室番茄營養(yǎng)液應用。

2.2 不同處理營養(yǎng)液DO值變化

溶解氧(DO)是指在一定溫度、一定大氣壓下單位體積營養(yǎng)液中溶解的氧氣(O2)含量。由于植物根系呼吸消耗，水培過程中營養(yǎng)液DO往往成為作物生長限制因子。不同氮水平智能溫室營養(yǎng)液DO值分析表明(圖2)，營養(yǎng)液DO值呈明顯降低趨勢，在充氧后12h，DO值降至4mg/L左右，至24h，DO值降至1～2mg/L左右。不同配方營養(yǎng)液DO值降幅不同，以中氮和高氮配方DO值降幅相對較大，24hDO值均降低了4.5mg/L;以低氮配方降幅相對最小，24hDO值降低了4.4mg/L。正常情況下，無土栽培營養(yǎng)液DO值應維持在4～5mg/L以上時，大多數(shù)植物能正常生長。本試驗中，充氧后12hDO值降至4mg/L左右，說明在智能溫室無土栽培管理中，營養(yǎng)液以每天增氧2次較為適宜。

2.3 不同處理營養(yǎng)液EC值的變化

營養(yǎng)液電導率(EC值)反映了溶液中可溶性離子含量，EC值越高，營養(yǎng)液中可溶性養(yǎng)分離子濃度也越高，常做為無土栽培管理控制營養(yǎng)液養(yǎng)分濃度的指標。智能溫室不同配方營養(yǎng)液EC值均呈降低趨勢(圖3)，在一個營養(yǎng)液更換周期內(nèi)(2周)，高氮配方營養(yǎng)液EC值由1597us/cm降低至1212us/cm，下降了385us/cm，較初始EC值降低24.1%;中氮配方由1676us/cm降低至1163us/cm，下降了513us/cm，較初始EC值含量降低30.6%;低氮配方由1625us/cm降低至1157us/cm，下降了468us/cm，較初始初始EC值降低29.8%。EC值降低越多，說明營養(yǎng)液中養(yǎng)分離子濃度降低越多，番茄對養(yǎng)分的吸收也越多，有利于番茄的生長。以中氮配方營養(yǎng)液EC值下降最多，說明智能溫室番茄水培以中氮配方較為適宜。

2.4 不同處理營養(yǎng)液中氮素的變化

智能溫室營養(yǎng)液硝態(tài)氮含量分析結(jié)果表明(圖4)，在番茄結(jié)果期，隨番茄對養(yǎng)分的吸收利用，營養(yǎng)液硝態(tài)氮含量呈降低趨勢。在2周內(nèi)，高氮配方硝態(tài)氮含量由336.3mg/L降低至148.9mg/L，下降了187.4mg/L，較初始硝態(tài)氮含量降低 55.8%;中氮配方由261.8mg/L 降低至100.1mg/L，下降了161.7mg/L，較初始硝態(tài)氮含量降低61.7%;低氮配方由197.2mg/L降低至50.9mg/L，下降了146.3mg/L，較初始硝態(tài)氮含量降低74.2%。

營養(yǎng)液硝態(tài)氮含量與EC值呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系，高氮配方硝態(tài)氮含量與EC值回歸方程為:Y=0.443XEC－377.44(r=0.981，n=14);中氮配方硝態(tài)氮含量與 EC 值回歸方程為:Y=0.334XEC－294.14(r=0.990，n=14);低氮配方硝態(tài)氮含量與 EC 值回歸方程為:Y=0.288XEC－289.23(r=0.988，n=14)。當EC值降低到2/3EC時，硝態(tài)氮含量高氮配方下降了73.6%，中氮配方下降了69.8%，低氮配方下降了88.4%，說明中氮營養(yǎng)液配方與EC值保持了較高的一致性，在智能溫室營養(yǎng)液調(diào)控中是較為適宜的。

智能溫室營養(yǎng)液銨態(tài)氮含量分析結(jié)果表明(圖5)，在番茄結(jié)果期，隨番茄對養(yǎng)分的吸收利用，營養(yǎng)液銨態(tài)氮含量呈先降低后保持穩(wěn)定趨勢。在2周內(nèi)，高氮配方銨態(tài)氮含量由22.3mg/L降低至4.1mg/L，下降了18.2mg/L，較初始銨態(tài)氮含量降低81.5%;中氮配方由19.4mg/L降低至2.8mg/L，下降了16.6mg/L，較初始銨態(tài)氮含量降低85.7%;低氮配方由16.4mg/L降低至3.7mg/L，下降了12.7mg/L，較初始銨態(tài)氮含量降低77.1%。營養(yǎng)液銨態(tài)氮含量與EC值不呈顯著線性關(guān)系，表明在供試營養(yǎng)液配方中，硝態(tài)氮為主要氮素來源，銨態(tài)氮占比相對較低，在實際操作時以硝態(tài)氮反映營養(yǎng)液氮素水平為宜。

2.5 不同處理營養(yǎng)液中磷素的變化

智能溫室營養(yǎng)液磷含量分析結(jié)果表明(圖6)。在番茄結(jié)果期，隨番茄對養(yǎng)分的吸收利用，營養(yǎng)液磷含量呈降低趨勢。在2周內(nèi)，高氮配方磷含量由34.7mg/L降低至5.3mg/L，下降了29.4mg/L，較初始磷含量降低84.8%;中氮配方磷含量由53.5mg/L降低至8.2mg/L，下降了45.3mg/L，較初始磷含量降低84.8%;低氮配方磷含量由48.1mg/L降低至3.7mg/L，下降了44.4mg/L，較初始磷含量降低92.2%;營養(yǎng)液磷含量與EC值呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系，高氮配方磷含量與EC值回歸方程為:Y=0.079XEC－94.582(r=0.976，n=14);中氮配方磷含量與 EC 值回歸方程為:Y=0.072XEC－75.481(r=0.945，n=14);低氮配方磷含量與EC值回歸方程為:Y=0.059XEC－68.105(r=0.977，n=14)。當 EC值降低到2/3EC時，高氮配方和低氮配方磷消耗完畢，中氮配方下降了90.7%，說明當EC值降低至初始值2/3時，需補充或更換營養(yǎng)液，防止番茄出現(xiàn)缺磷癥狀。

2.6 不同處理營養(yǎng)液中鉀素的變化

智能溫室營養(yǎng)液鉀含量分析結(jié)果表明(圖7)。在番茄結(jié)果期，隨番茄對養(yǎng)分的吸收利用，營養(yǎng)液鉀含量呈降低趨勢。在2周內(nèi)，高氮配方鉀含量由246.2mg/L降低至56.1mg/L，下降了190.1mg/L，較初始鉀含量降低77.2%;中氮配方鉀含量由314.0mg/L降低至123.8mg/L，下降了190.2mg/L，較初始鉀含量降低60.6%;低氮配方鉀含量由407.2mg/L降低至180.1mg/L，下降了227.1mg/L，較初始鉀含量降低55.8%;營養(yǎng)液鉀含量與EC值呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系，高氮配方鉀含量與EC值回歸方程為:Y=0.456XEC－498.64(r=0.969，n=14);中氮配方鉀含量與 EC 值回歸方程為:Y=0.365XEC－288.40(r=0.973，n=14);低氮配方鉀含量與EC值回歸方程為:Y=0.424XEC－300.48(r=0.981，n=14)。當EC值降低到2/3EC時，鉀含量高氮配方下降了98.8%，中氮配方下降了61.9%，低氮配方下降了60.9%，說明當EC值降低至初始值2/3時，需適當補充或更換營養(yǎng)液，防止番茄出現(xiàn)缺鉀癥狀。

3 結(jié)論與討論

維持植物生長所需的環(huán)境條件是智能溫室的優(yōu)勢所在，也是智能溫室調(diào)控的關(guān)鍵。營養(yǎng)液的組成和性質(zhì)對植物養(yǎng)分吸收和生長發(fā)育起關(guān)鍵作用，是智能溫室無土栽培調(diào)控的核心[11]。番茄生長適宜的pH范圍在5.5～6.5之間[12]，超過8會影響營養(yǎng)液養(yǎng)分的有效性及番茄對養(yǎng)分的吸收[13]。本研究中，由于營養(yǎng)液緩沖能力小和番茄生長過程中對養(yǎng)分吸收的不平衡，營養(yǎng)液pH呈升高趨勢，相比較而言，以中氮配方處理營養(yǎng)液pH變幅較小，適宜于智能溫室水培番茄結(jié)果期選用。

營養(yǎng)液的DO值影響到植物的根系呼吸和代謝活力，影響番茄對養(yǎng)分的吸收能力。本研究中，增氧后一天內(nèi)，番茄營養(yǎng)液DO值呈降低趨勢，這與番茄根系呼吸作用有關(guān)，但降幅較快，在12h降至4mg/L以下，會嚴重影響番茄生長及對養(yǎng)分的吸收，因此在智能溫室管理中，以每天增氧兩次的管理方式較為適宜。

EC值是營養(yǎng)液是養(yǎng)分濃度的直觀反映，為簡化智能溫室營養(yǎng)液養(yǎng)分調(diào)控，常用EC值來調(diào)控營養(yǎng)液的養(yǎng)分水平。本研究中，不同配方營養(yǎng)液EC值與營養(yǎng)液中硝態(tài)氮、可溶性磷、可溶性鉀均呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系，但從一致性來說，以中氮配方較為適宜。本研究中，智能溫室水培番茄EC值降到初始值的2/3時，營養(yǎng)液中硝態(tài)氮、可溶性鉀下降到初始值的1/3，可溶性磷基本耗竭，此時更換或補充營養(yǎng)液較為適宜。

[1]榮維國，劉道敏，郝睿，等.不同播期、密度和施氮量對油菜產(chǎn)量的影響[J].安徽科技學院學報，2013，27(1):25－28.

[2]連兆煌.無土栽培的原理與技術(shù)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，1994.

[3]郭世榮.無土栽培學[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2003.

[4]劉士哲.現(xiàn)代實用無土栽培技術(shù)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2001.

[5]徐永艷.我國無土栽培發(fā)展的動態(tài)研究[J].云南林業(yè)科技，2002(3):90－94.

[6]馬太和.無土栽培(第2 版)[M].北京:北京出版社，1985.

[7]馬光恕，劉濤，廉華，等.氮素形態(tài)和配比對麥瓶草(面條菜)產(chǎn)量和營養(yǎng)成分的影響[J].中國蔬菜，2011(10):76－79.

[8]洪堅平，謝英荷，孟會生，等.水培油菜營養(yǎng)液養(yǎng)分動態(tài)變化研究[J].中國農(nóng)學通報，2008，24(1):330－334.

[9]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析(第三版)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2013.

[10]奚旦立，孫裕生，劉秀英.環(huán)境監(jiān)測[M].北京:高等教育出版社，1987.

[11]KILINC S S，ERTAN E，SEFEROGLU S.Effects of different nutrient solution formulations on morphological and biochemical characteristics of nursery fig trees grown in substrate culture[J].Scientia Horticulturae，2007，113(1):20 － 27.

[12]SAPARAMADU J S，WIJESEKERA R D，GUNAWARDHANA H D，et al.A low cost nutrient formulation with a buffer for simplified hydroponics systems[J].Journal of Horticulture and Forestry，2010，2(5):99 －103.

[13]SAWAS D，KARAGIANNI V，KOTSIRAS A，et al.Iteractions between ammonium and pH of the nutrient solution supplied to gerbera(Gerbera jamesonii)grown in pumice[J].Plant and Soil，2003，254(2):393 －402.